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Une équipe de l’INRS fait une avancée dans le domaine de l’imagerie à ultra haute vitesse.
Dans leur laboratoire au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), le professeur Jinyang Liang et ses collègues développent une nouvelle caméra monopixel ultrarapide. Ce nouveau dispositif est capable de diffuser des vidéos à 12 000 images par seconde en utilisant la modulation de la lumière lui conférant une grande flexibilité. Publiés dans la revue Nature Communications, ces travaux représentent une avancée dans le domaine de l’imagerie à pixel unique et à ultra haute vitesse.
« Cette nouvelle caméra est un prototype innovant qui présente des avantages potentiels pour l’industrie de la photonique au Québec et dans le reste du Canada. »
Jinyang Liang, professeur-chercheur en imagerie ultrarapide et biophotonique et auteur principal de l’étude
Une technologie puissante
Depuis plusieurs années, le professeur Jinyang Liang concentre ses recherches sur les techniques de modulation laser dans les nouveaux appareils d’imagerie optique. L’imagerie monopixel (SPI pour single-pixel imaging) s’est imposée comme une technique puissante utilisant la modulation de la lumière et un détecteur à point unique à la place d’un capteur bidimensionnel. Cependant, la plupart des systèmes SPI sont limités par la seule utilisation du dispositif numérique à micromiroirs (DMD pour digital micromirror device) qui fait en sorte que la vitesse à laquelle la caméra à un seul pixel peut prendre des images est de quelques dizaines de hertz, seulement.
D’autres méthodes utilisent des masques de codage physiques à déplacement rapide pour la modulation de la lumière. Bien que rapides, ces masques fixent également la résolution, ce qui rend de tels systèmes peu flexibles pour être adapté à différents paramètres expérimentaux.
Contrairement à ces approches, la nouvelle caméra développée par les scientifiques à l’INRS combine un dispositif numérique à micromiroirs avec un balayage laser pour une projection rapide et reconfigurable du motif. Le système peut ainsi fonctionner à différentes résolutions spatiales, ainsi qu’à différentes vitesses et modes d’imagerie. Il est donc capable de diffuser des vidéos en temps réel à 100 images par seconde (ips), et jusqu’à 12 000 ips hors ligne.
« La capacité d’imagerie en temps réel à 100 images par seconde dépasse les technologies existantes et fait la lumière sur de nombreuses applications industrielles où l’analyse sur site et le retour d’information en ligne sont nécessaires. »
Patrick Kilcullen, premier auteur de l’article et étudiant au doctorat
De vastes applications
Autre caractéristique, ce système est très générique et peut être facilement adapté à de nombreuses configurations.
Sur le plan scientifique, l’appareil pourrait avoir de vastes applications en particulier dans le domaine du spectre non visible, car il n’existe pas de caméra appropriée. L’imagerie à très haute vitesse permet de capturer des événements transitoires, comme l’analyse des phénomènes de combustion, la détection de gaz dangereux et la caractérisation des matériaux semi-conducteurs.
Composée du doctorant Patrick Kilcullen et des professeurs Tsuneyuki Ozaki et Jinyang Liang, l’équipe a breveté la technique et est actuellement à la recherche de collaborations pour la commercialiser.
À propos de l’article
Kilcullen, P., Ozaki, T. & Liang, J. Compressed ultrahigh-speed single-pixel imaging by swept aggregate patterns. Nat Commun 13, 7879 (2022).
Ces travaux de recherche ont été financés par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, la Fondation canadienne pour l’innovation, le ministère de l’Économie et de l’Innovation du Québec, la Société canadienne du cancer, le fonds Nouvelles frontières en recherche du gouvernement du Canada, ainsi que le Fonds de Recherche du Québec–Nature et Technologies et le Fonds de Recherche du Québec –Santé.
